La chute de charge est une action accidentelle à double facette. (1) En industrie nucléaire, la réglementation AIEA (SSR-6) impose des essais qualifiants pour les colis de transport : chute de 9 m sur sol résistant, chute de 1 m sur poinçon, immersion 200 m, feu enveloppant 800 °C pendant 30 min. (2) En chantier bâtiment, la chute d'une charge gruée ou d'un colis levé est l'un des scénarios d'accident grave (statistiques INRS). Les méthodes de calcul de la réponse sont communes : bilan énergétique mgh, dissipation par déformation plastique de la cible et/ou du colis (amortisseurs, frangibilité), vérification par SDOF équivalent ou intégration temporelle (Module 5).
① Cinématique de la chute libre
Pour une chute depuis h avec vitesse initiale v₀ = 0 :
v(t) = g·t
z(t) = ½·g·t²
v_impact = √(2·g·h) [m/s]
Énergie cinétique à l'impact :
E_cin = ½·m·v² = m·g·h
Pour h = 9 m (essai AIEA SSR-6) :
v = √(2·9,81·9) = 13,3 m/s
Pour m = 100 t : E_cin = 100·9,81·9 = 8,8 MJ
② Essais qualifiants AIEA SSR-6 pour colis de transport
L'AIEA Safety Standards Series N° SSR-6 (Regulations for Safe Transport)
définit les tests qualifiants pour colis Type B (matières fortement actives) :
Conditions normales de transport (CNT) :
— Chute libre d'une hauteur fonction de la masse (1,2 m si m < 5 t ; 0,9 à 0,3 m si lourd)
— Empilement 5 fois le poids du colis pendant 24 h
— Pluie 5 cm/h pendant 1 h
Conditions accidentelles (CA) :
(a) Chute de 9 m sur cible plate, dure et rigide
(b) Chute de 1 m sur poinçon Ø 15 cm, h = 20 cm (intégrité paroi)
(c) Feu enveloppant 800 °C pendant 30 min
(d) Immersion en eau à 200 m de profondeur (15 bar)
(e) Pour combustible : chute 30 m sous eau pendant 1 h
Critère général : maintien de l'intégrité et limitation de la dose à 10 mSv/h
à 1 m du colis dégradé. Référence : AFCN/ASN/IAEA SSR-6 (2018 révisé).
③ Colis de transport et entreposage typiques
| Colis | Masse (t) | Utilisation | Fabricant |
|---|---|---|---|
| TN 13/2 | 110 | Transport UO₂ irradié vers retraitement | Orano TN International |
| TN 13/24 (TN24) | 130 | Transport ferroviaire UO₂ irradié 24 assemblages | Orano TN International |
| CASTOR V/19 | 124 | Transport et entreposage 19 assemblages PWR | GNS Allemagne |
| NAC-STC | 118 | Transport multimodal USA | NAC International |
| NUHOMS HSM | varie | Module béton entreposage horizontal | Orano TN Americas |
| HI-STORM 100 | 140 | Conteneur entreposage vertical Holtec | Holtec International |
| TN-MTR | 60 | Réacteurs de recherche, CEA | Orano TN International |
④ Amortisseurs sur colis de transport
| Matériau | ε_p plastique max | σ_plast (MPa) | Application |
|---|---|---|---|
| Balsa (bois) | 0,60 | 2-4 | Castor, TN — légèreté, dissipation excellente |
| Mousse aluminium | 0,55 | 2-5 | HI-STORM (anciens) |
| Bois de redwood | 0,55 | 3-5 | Castor historique |
| Béton cellulaire | 0,40 | 1-3 | NAC, certains TN |
| Acier déformable NRD | 0,30 | 4-8 | Mousse acier ondulée |
| Bambou/PUR | 0,60 | 3-4 | Conteneurs prototypes |
Dissipation par amortisseur :
E_dissipée = V_amort · σ_plast · ε_p
(V_amort = volume amortisseur en m³)
Critère : E_dissipée ≥ 0,80 · E_cin (laisser ~ 20 % pour cible + corps colis)
⑤ Chute de charge en chantier — référentiels INRS et NF
INRS ED 6105 — Levage en chantier (2019)
— Étude préalable de la zone de levage
— Plan de levage critique pour charges > 25 t
— Limites de zones interdites au personnel
— Vérification crochets et élingues NF EN 1492
NF E52-401 — Appareils de levage industriels
— Coefficients dynamiques de levage : 1,15 à 1,8 selon classe
— Coefficient de sécurité statique : 4 sur élingues
Statistiques INRS (2020) :
— 50 % des accidents graves chantier liés à la chute d'objet
— Hauteur typique de chute 2-15 m
— Masses typiques 50 kg à 5 t (palettes, banches, coffrages)
— Cas extrêmes : 30 t (poutre préfa) à 100 t (élément BTP)
⑥ Méthode simplifiée — vérification d'une zone d'impact chantier
Étape 1 — Énergie cinétique
E_cin = m·g·h
Étape 2 — Capacité dissipative cible
Sol meuble : E_sol = σ_sol·A_impact·δ_max (par enfoncement)
Dalle BA : E_BA = K_LM·F_y·δ_y·(μ-½) (Module 2)
Pour zone sensible : prévoir matelas absorbant
Étape 3 — Vérification
E_cin ≤ E_disponible → zone OK
E_cin > E_disponible → ajout matelas, déviation zone, ou diminution h
Étape 4 — Cas particulier : chute sur dalle BA
a. Pas de perforation (Berriaud-Sokolov simplifié) :
e_BA ≥ 0,3·(m·v²/d²)^0,5/√f_ck
b. Pas de ruine flexion : F_dyn = √(2·k·E_cin) ≤ F_Rd × μ_adm
⑦ Cas pratique — chute de banche pendant montage
Banche métallique 4×2,5×0,4 m, masse 2,5 t, élingage haut R+5 à 15 m :
Chute libre depuis h = 15 m
v_impact = √(2·9,81·15) = 17,2 m/s
E_cin = 2 500·9,81·15 = 368 kJ
Impact sur dalle BA chantier en cours (0,18 m d'épaisseur) :
Capacité flexion μ = 3 : E_dispo ≈ 50 kJ
E_cin >> E_dispo → ruine assurée
Recommandations :
— Plan de levage : zone interdite sous trajectoire
— Matelas en pneus usagés ou sacs sable
— Réduction h par grue auxiliaire (palanc niveau)
— Étude probabiliste (P × C) pour décider du coût/effort
⑧ Cas pratique — chute de colis TN24 sur dalle réception
Colis TN24 de 130 t, levage palan à 9 m, chute accidentelle :
E_cin = 130 000·9,81·9 = 11,5 MJ
v_impact = 13,3 m/s
Dissipation par balsa amortisseur :
V_balsa ≈ 4 m³ (cylindres 1 m Ø × 1,5 m hauteur, 2 unités)
σ_balsa = 3 MPa, ε_p = 0,60
E_balsa = 4·3·10⁶·0,60 = 7,2 MJ
Reste à dissiper par cible : 11,5 - 7,2 = 4,3 MJ
Dalle BA dimensionnée pour absorber 5 MJ → OK
Vérification poinçonnement EC2 §6.4 → OK
Vérification flexion μ = 5 → OK
Conclusion : conception valide grâce aux amortisseurs balsa
Lien : Fondations pour dalle réception
⑨ Combinaisons avec autres actions accidentelles
Selon EC0 et règlements nucléaires :
Combinaison accidentelle classique :
G + ψ₂·Q + A_d (action accidentelle prédominante)
Pour chute de colis nucléaire :
— Combinaison non-concomitante avec séisme (probabilités cumulées < 10⁻⁷/an)
— Concomitance possible avec feu (essais AIEA)
— Concomitance possible avec immersion (essais AIEA)
Pour chute de levage chantier :
— Concomitance avec vent ≤ 50 km/h (limite de fonctionnement grue)
— Non-concomitance avec séisme (rare statistiquement)
— Concomitance avec personnel (zone interdite obligatoire)
⑩ Lien avec autres modules. Module 2 (SDOF) pour la réponse de la cible. Module 3 (Riera) pour la perforation par parties rigides. Module 5 (méthode simplifiée) pour le diagramme P-I. Surélévation — Juridique pour les responsabilités en chantier. Référence : SSR-6 AIEA (2018), INRS ED 6105 (2019), Yagawa & Yoshimura (1990) « Drop Tests », Saigal & Mitra (1992).